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大空间分层空调气流组织数值模拟和热舒适性研究探究【摘要】本文结合工程实例介绍大空间空调系统的 布置方案，利用STAR-CCM软件对典型大空间工程实例进行 模拟分析，为大空间空调系统设计提供参考依据关键词】气流组织；分层空调；STAR-CCM数值模拟 引言近年来，随着我国经济的快速发展，高大空间建筑急剧 增加（体育馆，展览馆大会堂音乐厅），大空间建筑中空调 能耗占整个建筑能耗的37%［1］,目前对于改进室内空气品质 和降低空调能耗，成为人们关注的焦点针对大空间建筑高 度较高，空调气流具有明显分层现象在垂直高度上梯度较 大，同时还具有体积大、空调负荷大、能源消耗大等特点, 使得节能问题相当突出［2］因此，应采用合理的气流组织, 使大空间建筑室内具有良好的热环境以节约能源分层空调是大空间建筑典型的空调方式，利用合理的气 流组织，仅对下部空间（空气调节区域）进行空气调节，而 对上部较大非空调区域进行通风排热分层空调目前建筑工 程领域中最为常见的一种技术手段［3］经过多年的研究总 结得出，在一些大空间建筑结构中这一技术的采用有着传统 空调技术无可比拟的节能优势，是一个节省初期投资、运行费用和节能性能好的空调体系。

故此这一技术在大型的公共 空间采用极为常见，据有关研究显示，高大空间分层空调与 全室空调相比，在夏季可实现节能30%[3] o本文通过 STAR-CCM软件对某市新建车站的大厅进行数值模拟并对热 舒适性进行分析1建筑实物与模型1. 1工程介绍某市新建车站是一两层的东西对称大空间建筑结构，其 空间尺寸长约76m、宽为60m、高20m,其中包含了一、二层 贯通的进展厅以及二层的候车室在空调系统中，采用了全 空气低速送风方式来进行室内温度调节的，是由屋顶机房集 中进行制冷，经过两条送风管将冷风分别输送到进站候车厅 以及候车室，对于候车室内部的温度控制为26Co在温度调 节上，按照夏季分层空调的调节方法来进行设计和布置，其 中进展厅距离地面6m的高度处沿着墙壁均匀的布置了 25个 球形喷风口下侧送风，沿着东西两侧的墙壁上设置了 6个球 形的喷风口，其方向也是朝下1.2数学模型车站大厅的流场是包括围护结构传热、太阳辐射、人员、设备及照明散热等多种传热过程的三维紊流流动,计算中要考虑这些传热过程以及由于温度差引起的浮升力的影响模 拟采用的数学模型通用表达式如下[4]:(1)其展开形式为:(2)式中，①为通用变量，可以代表u, V, w・t等求解变量, r为广义扩散系数；s为广义扩散源项，式(1)中各项依 次为瞬态项，对流项扩散项和源项。

1.3三维模型在采用CFD方法进行计算前，首先进行三维建模建模 可采用STAR-CCM+软件嵌入的3D-CAD完成图1车站候车厅三维模型1.4边界条件在对边界条件的规定和分析中，需要根据当地夏季的气 候特点为基础，选择科学、合理的太阳辐射强度来进行计算 在工作中，一般都是选择午后1点的太阳辐射作为主要的计 算时间段，太阳照射的角度为27. 072 ,太阳辐射强度 1025. 84W/m2o每个送风口风量是每一个送风口的送风量为 3000m3/h,维护结构热负荷80W/m2照明负荷60W/m2o2模拟结果和分析限于篇幅，本文仅仅结合车站的内部人员流动区域的温度、气流流速以及分布特性进行计算在计算的时候，由于候车室人员相对集中，且设置了 0・5m高的椅子，一般车站内部的人员都是集中在椅子周围的，因此在计算的时候将椅子周围lm高度的区域作为研究重点2. 1送风髙度的影响从表1可见，随着送风髙度的降低，人员活动区平均温度明显呈下降趋势，温度方差呈上升趋势；平均速度略有增 加，但都在舒适性范围之内，同时速度方差稍有增加，但并 不明显2. 2送风速度的影响由表2可见，送风速度每增加1.5倍，人员活动区平均 温度约降低0.2C,温度方差也逐渐减小；平均风速在人体 感觉舒适的范围内略有增加，速度方差减小。

2. 3风口夹角的影响从表3可见，随着风口夹角的减小，人员活动区平均温 度明显降低，温度方差减小；平均风速变化很小，速度方差 略有减小3结论通过对不同送风高度、送风速度、风口夹角和送风温度 下的候车厅气流组织的分析比较，可以得到以下结论：送风高度对人员活动区内平均温度有很大影响，对平均 速度及温度、速度分布的均匀性影响不大，降低送风高度可 以减小平均温度，有利于节能；送风速度对人员活动区平均温度及温度、速度分布的均 匀性有一定影响，对平均速度影响较小，提高送风速度使得平均温度降低，是有利的；送风口夹角对人员活动区平均温度有一定影响，但对平 均速度及温度、速度分布的均匀性影响较小，采用30的风 口夹角比采用40的风口夹角更好参考文献[1] 关雁鸣•某高大空间厂房分层空调系统节能设计[J].建筑节能，2010, 38 (3)： 30-32[2] 林素菊高大空间分层空调室内气流的数值模拟•制 冷与空调，2005 (1)： 4[3] 徐伟，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范宣贯 教材•中国建筑工业出版社.2012.8[4] 王福军，计算流体动力学分析•清华大学出版社.2004 . 6作者简介：刘鹏飞，男,1979.7.26,工程师，硕士研究生。

张雁，女，1979.12.27,工程师，硕士研究生。